Общая теория относительности - Хокинга В.
Скачать (прямая ссылка):
соответствующий «отклонению» от лоренц-инвариантности (конкретный вид 6?
см. в п. 2.5), то полученное из эксперимента Хьюза-Дривера ограничение на
6? принимает вид [22]
|б?| < 10-13 (од/30 км/с)-а, (1)
где од — скорость Земли относительно универсальной системы отсчета.
б. Ньютоновский предел
Огромная совокупность эмпирических данных подтверждает справедливость
ньютоновской гравитационной теории (НГТ) по крайней мере в качестве
приближения к «истинной» релятивистской теории гравитации. Наблюдения за
движением планет и космических кораблей согласуются с НГТ вплоть до
уровня относительной точности порядка 10-8, при которой уже могут быть
обнаружены постньютоновские эффекты. Лабораторный эксперимент Кавендиша
дает более слабое подтверждение НГТ для малых расстояний между
гравитирующими телами. Однако совсем недавно НГТ подверглась суровым
испытаниям. Было высказано предположение, что может существовать
массивная короткодействующая компонента гравитационного взаимодействия,
приводящая к модификациям НГТ, которые можно описать гравитационной
«постоянной» G(г), зависящей от
Г»асстояния между гравитирующими телами [23—26]. Недавно Лонг 27] сообщил
об экспериментальных результатах, указывающих на вариации в G(r) на
расстояниях от 5 до 30 см, имеющие величину
е = G-1r dG/dr « (20 ± 5) • 10-4,
где ошибка составляет одно стандартное отклонение. Готовятся попытки
провести аналогичные эксперименты в других лабораториях [28, 29];
одновременно с этим Миккельсон и Ньюмен [30] провели детальное
исследование ограничений, налагаемых на е, для расстояний, превышающих
100 см, на основе разнообразных астрономических наблюдений. Необходимо
провести в будущем дополнительные эксперименты, чтобы укрепить нашу
уверенность в справедливости ньютоновского предела.
18
К- М. Уилл
s. Проверки слабого принципа эквивалентности
Непосредственная проверка СПЭ состоит в сравнении ускорения объектов
лабораторных масштабов, имеющих различный химический состав. Было
проведено множество очень точных экспериментов по проверке СПЭ, начиная с
экспериментов с маятниками Ньютона, Бесселя и Поттера и кончая
классическими экспериментами с крутильными маятниками Этвеша, Дикки и
Брагинского и сотр. (подробное обсуждение экспериментальных проблем см. в
обзоре [8]). Эксперименты по проверке СПЭ для отдельных атомов и
элементарных частиц пока неубедительны или, лучше сказать, не очень
точны, за исключением эксперимента для нейтронов [31] (относительно
ситуации для электронов см. работу [32]). В табл. 1 указаны различные
Таблица I
Проверки слабого принципа эквивалентности
_ _ Проверяемые Ограниче-
Эксперимент Ссылка Метод вещества и не на I til
Ньютона
Бесселя
Этвеша
Поттера
Реннера
Принстон-
ский
Московский
Кестера
Стенфорд-
ский
Орбитальный *
Ньютон, 1686 [33] Бессель, 1832 (34) Этвеш, Пекар, Фе-кете, 1922 |35]
Поттер, 1923 [36] Реннер. 1935 [371
Ролл, Кроткое, Дикки, 1964 [38] Брагинский, Панов. 1971 |391 Кестер, 1976
[31]
Уорден, 1976 [40]
Уорден, 1976 [40|
Маятник Маятник Крутильный маятник Маятник Крутильный маятник Крутильный
маятник Крутильный маятник
Свободное падение
Магнитный подвес
Свободное падение на орбите
Различные К)-3
Различные 2-10_s
Различные 5.10-*
Различные
Различные
2-10-» 2.10"»
Алюминий и зо- 10~11 лото
Алюминий и 10-и платина
Нейтроны 3-10-1
Ниобий, Земля 2-10-5
Различные
От 10-» до 10-“
* Эксперимент, который только предстоит провести.
эксперименты и приведены ограничения, которые они накладывают на разницу
в ускорении а между объектами с различным химическим составом (А и В),
определяемую как
Л = (Дд — a„)/(xU) (аА+ав).
Будущие усовершенствованные проверки СПЭ должны уменьшить шумы,
обусловленные тепловыми и сейсмическими эффектами, поэтому их, возможно,
следует проводить в космосе, используя криогенную технику. Ожидаемые
ограничения на величину т] в таких экспериментах лежат в интервале от
10“» до 10“‘* [40, 41].
I. Теория гравитации и эксперимент
19
г. Проверки принципа УГКС
Измерения гравитационного красного смещения служат проверками принципа
УГКС. В типичном эксперименте смещение частоты или длины волны z=Av/v=—
ДАЛ между одинаковыми атомными стандартами частоты, которые расположены в
точках с различным гравитационным потенциалом, измеряется в зависимости
от разницы потенциалов AU. По многим соображениям удобно считать, что
эксперименты измеряют параметр а, определяемый соотношением
z = (l+a)At/. (2)
Если справедлив принцип УГКС, то а не зависит от природы изучаемых часов;
более того, имеется ряд теоретических аргументов (догадка Шиффа, см. пп.
2.4, 2.5) в пользу того, что при справедливости У ГК параметр а должен
равняться нулю. В табл. 2 собраны краткие сведения о важнейших
экспериментах по красному смеще-
Таблица 2
Проверки универсальности гравитационного красного смещения
Эксперимент Ссылка Метод
Паунда — Ребки — Паунд, Ребка, 1960 Падение фотонов, ис- 10~* Снайдера
[42], Паунд, Сиай- пущенных мессбауэ-
